Warum Kupfer? Kupfer als Leitermaterial?

Max Herrmann | 10. Mai 2021

„Leitungen aus Silber und vergoldete Stecker. Ist das ein Trend aus Hollywood?“ Ich musste schon schmunzeln als diese Frage in einer Schulung für Auszubildende zum Mechatroniker gestellt wurde. Haben Sie sich nicht auch schon mal gefragt, warum Leitungen meist aus Kupfer bestehen und warum es solche Exoten gibt, bei denen man Edelmetalle wie Gold und Silber verwendet. Kupfer als Leitermaterial hat seine Gründe. Über die sprechen wir heute.

Wo der Begriff Leitung herkommt wissen wir alle. Denn Leitungen „leiten“ etwas. Sei es Strom oder Daten. Über den Aufbau der Leitung haben wir hier schon ausführlich berichtet. Dennoch gibt es einen Punkt, der uns immer wieder beschäftigt. Warum besteht die Litze einer Leitung aus Kupfer?

Wieso gibt es Leitungen deren Leiter aus Silber sind und warum gibt es vergoldete Stecker, ist der Standard nicht eigentlich Kupfer?

In der Schulung haben wir uns dann noch einmal intensiver mit diesem Thema beschäftigt.

Die Litzen einer Leitung

Wenn wir unsere Leitungen ganz simpel betrachten, bestehen sie in den meisten Fällen aus mehreren Adern und einem Mantel, der diese Adern zusammenhält. Die Adern sind der Teil der Leitung, welche auch an einem Stecker oder Endverbraucher angeschlossen werden. Die Ader besteht aus einem Leiter, der für den Stromfluss verantwortlich ist und einer Isolation als Hülle um den Leiter. Diese dient dazu, dass der Strom nicht in die anderen Adern der Leitung gelangt. Besteht der Leiter aus mehreren Drähten, spricht man von einer Litze. Diese sind in den meisten Fällen aus Kupfer.

Warum kein Aluminium als Leiterwerkstoff?

Um elektrischen Strom zu leiten benötigen wir ein leitfähiges Material. Hierzu zählen Silber, Kupfer, Gold und Aluminium. Die Leitfähigkeit nimmt entsprechend dieser Reihenfolge ab. Aber was bedeutet eigentlich Leitfähigkeit? Die Leitfähigkeit wird unteranderem über den spezifischen Widerstand des Leitermaterial beschrieben. Bildlich könnte man es sich als ein Schlauch vorstellen, an dem an einer Stelle der Querschnitt verjüngt wird. Die Verjüngung stellt den Widerstand des Leitermaterials dar. Bei gleichbleibender Spannung wird somit der Strom sinken. Das bedeutet man hat eine geringere Leitfähigkeit.

Natürlich wünschen wir uns immer die beste Leitfähigkeit bei Leitungen jedoch spielen hier noch weitere Faktoren mit in die Auswahl des Leitermaterial wie z.B. die Haltbarkeit und der Preis.

Maschinen sollen nicht nur ausfallsicher, sondern auch kostengünstig laufen. Und dazu zählen auch die in den Anwendungen verwendeten Leitungen. Obwohl Aluminium das kostengünstigste Material ist, wird es dennoch selten als Leiterwerkstoff verwendet.

Aluminium ist in der Stabilität nicht zu vergleichen mit Kupfer. Die Drähte der Litze können schneller brechen, was die Lebensdauer deutlich verringert. Es gibt aber auch Anwendungen, in denen Aluminium Vorteile mit sich bringt, die nicht nur auf den günstigeren Rohstoffpreis zurück zu führen sind. Freileiter werden häufig aus Aluminium hergestellt. Dies sind die Leitungen, die über die großen Hochspannungsmasten durch das ganze Land laufen. Hier liegt der Vorteil eindeutig im geringen Gewicht.

Warum kein Silber oder Gold als Leiterwerkstoff?

Silber hat zwar eine besonders gute Leitfähigkeit, jedoch ist Silber und Gold als Leitermaterial schlichtweg zu teuer. Zudem ist die Leitfähigkeit von Gold, wie eingangs erwähnt, deutlich schlechter als die von Kupfer. In einem gewöhnlichen Einfamilienhaus werden bis zu einem Kilometer Leitungen verbaut, damit wir unser Handy laden können oder das Licht brennt. In einer Industrieanlage werden schnell mehrere Kilometer Leitungen benötigt, um Sensoren und Aktoren anzusteuern. Das Budget solcher Anlagen würde in die Höhe schießen, wenn man die Leitungen aus Silber fertigen würde.

Warum Kupfer als Leitermaterial verwendet wird

Obwohl sich der Kupferpreis immer wieder verändert, gibt es im Preis-Leistungs- Verhältnis keine wirkliche Alternative. Bei dem Kupferpreis handelt es sich um einen variablen Preis. Ähnlich wie bei Rohstoffen wie Gold oder Öl auch. Kupfer bietet alles, was ein gutes Leitermaterial haben muss. Es ist nicht nur kostengünstiger als die anderen Materialien, sondern bietet zusätzlich eine sehr gute Leitfähigkeit. Das Material lässt sich durch seine weiche Beschaffenheit gut verarbeiten. Aufgrund dieser Flexibilität eignet sich dieser Rohstoff sehr gut für unsere Leitungen, die in den e- ketten Bewegungen immens strapaziert werden. Aufgrund dieser Eigenschaften hat sich Kupfer als Standardmaterial für Litzenleiter etabliert.

Warum aber dann vergoldete Stecker?

Eins kann ich hier schon einmal vorwegnehmen, vergoldete Stecker hat nicht mit Reichtum und Angeben zu tun. Die Erklärung hat einen rein technischen Hintergrund. Wie wir bereits oben gelernt haben, hat Gold einen schlechteren Leitwert als z.B. Kuper. Jedoch vergoldet man teilweise die elektrischen Kontakte in einem Stecker. Kupfer aber auch Silber neigen dazu an der Luft zu korrodieren. Wir kennen das als rosten. Es bildet sich eine Schicht, welche den Strom nicht mehr richtig leiten kann. Durch die Wärmeentwicklung, die dadurch entstehen kann, kann es bis zu Bränden im Stecker kommen. Überzieht man die Kontakte mit einer dünnen Goldschicht, umgeht man diese Gefahr. Gold oxidiert ebenso wie Kuper oder Silber, jedoch ist die Oxidschicht wesentlich besser in der elektrischen Leitfähigkeit.

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Kupfer Leiterwerkstoff Leitungen

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